WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

Pages:   || 2 | 3 |

«Биогазовые технологии в Кыргызской Республике ЦЕЛИ РАЗВИТИЯ ТЫСЯЧЕЛЕТИЯ ООН: Цель 1: Искоренение крайней нищеты и голода Цель 7: Обеспечение экологической устойчивости ...»

-- [ Страница 1 ] --

ПРОГРАММА РАЗВИТИЯ ОРГАНИЗАЦИИ ОБЪЕДИНЕННЫХ НАЦИЙ

ПРОГРАММА “ОХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ ДЛЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ“

ПРОГРАММА МАЛЫХ ГРАНТОВ ГЛОБАЛЬНОГО ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ФОНДА

Биогазовые технологии

в Кыргызской Республике

ЦЕЛИ РАЗВИТИЯ ТЫСЯЧЕЛЕТИЯ ООН:

Цель 1: Искоренение крайней нищеты и голода

Цель 7: Обеспечение экологической устойчивости УДК 658 ББК 30.6 В 26 B26 Веденев А.Г., Веденева Т.А., ОФ «Флюид»

Биогазовые технологии в Кыргызской Республике. — Б. Типография «Полиграфоформление», 2006. — 90с.

ISBN 9967-23-526-8 Эксперты:

Абасов В.С., канд.с/х.наук, зав. отделом агрохимии Кыргызского НИИ Земледелия Некрасов В.Г., канд.тех.наук Национальной инженерной академии Республики Казахстан Маслов А.Н., инженер-технолог ОФ «Флюид»

Общая редакция:

Родина Е. М., канд.тех.наук, зав. кафедрой устойчивого развития окружающей среды и безопасности жизнедеятельности КРСУ Данное руководство, впервые было издано в 2006 году по заказу проекта ПРООН «Институциональное усиление и построение возможностей для устойчивого развития» (С сентября 2007 г. Программа ПРООН «Охрана окружающей среды для устойчивого развития») и Программы Малых Грантов Глобального Экологического Фонда (ПМГ/ГЭФ) ПРООН в Кыргызской Республике в рамках проекта «Повышение потенциала применения биогазовых установок в Кыргызстане».

В руководстве приводятся различные конструкции биогазовых установок, критерии их выбора и схемы, нормы эксплуатации и обслуживания, имеющиеся в других странах, а также работающие в условиях Кыргызстана.

Описываются особенности различного сырья и условия его переработки для получения биогаза и биоудобрений, использование биогаза в различных газовых приборах, для заправки автомобилей, производства электроэнергии, методы применения биоудобрений при выращивании сельскохозяйственных культур и в качестве кормовых добавок для животных.

Приводится оценка выгодности внедрения биогазовых технологий с экономической и экологической точки зрения на уровне фермерских хозяйств и на государственном уровне.

Для желающих построить биогазовую установку своими силами даны рекомендации и подробная спецификация на материалы и оборудование.





Руководство адресовано широкому кругу читателей: руководителям, сотрудникам НИИ и государственных учреждений, студентам учебных заведений, предпринимателям в области сельского хозяйства и фермерам.

B 2103000000-06 УДК ББК 30. ISBN 9967-23-526-

СОДЕРЖАНИЕ

Введение

Часть 1 Основы биогазовых технологий

Подробнее о биогазе

О биоудобрениях

История развития биогазовых технологий

Часть 2. Состав сырья и параметры его переработки

Микробиология

Параметры и оптимизация процесса сбраживания

Поддержка анаэробных условий в реакторе

Соблюдение температурного режима

Питательные вещества

Время сбраживания

Кислотно-щелочной баланс

Соотношение содержания углерода и азота

Выбор влажности сырья

Регулярное перемешивание

Ингибиторы процесса

Типы сырья

Выход газа и содержание метана

Проблема корки

Состав сырья

Часть 3. Биогазовые установки

Распространенные типы биогазовых установок

Биогазовые установки Кыргызстана

Строительство биогазовой установки

Выбор размера реактора

Реактор

Системы загрузки и выгрузки сырья

Системы сбора биогаза

Газгольдеры

Системы перемешивания

Системы подогрева сырья

Типы установок, рекомендуемых для внедрения в Кыргызстане

Эксплуатация биогазовых установок

Ежедневные операции

Еженедельные и ежемесячные операции:

Ежегодные операции:

Техника безопасности

Техническое обслуживание, мониторинг и ремонт

Ремонт

Часть 4. Использование продуктов биогазовых технологий

Использование биогаза

Газовые горелки

Двигатели, работающие на биогазе

Эффективность использования биогаза

Использование биоудобрений

Эффективность воздействия биоудобрений на растения

Пшеница

Кукуруза

Помидоры, картофель и другие клубневые овощи

Ячмень

Сахарная свекла

Хлопок

Деревья, кустарниковые растения и травостой

Внесение биоудобрений

Кормовая добавка

Хранение биоудобрений

Оборудование для внесения биоудобрений

Часть 5. Экономическая оценка биогазовых технологий

Выгоды для индивидуальных хозяйств

Энергия

Биоудобрения

Стоимость биогазовой установки

Экономическая выгодность биогазовой установки

Метод минимальных ежегодных доходов

Макроэкономическая оценка

Энергетика и сельское хозяйство

Окружающая среда

Здравоохранение

Занятость

Социальная политика

Внедрение биогазовых технологий в Кыргызстане

Глобальные экологические выгоды биогазовых технологий

Литература

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

ВВеденИе Данное руководство, впервые было издано в 2006 году по заказу проекта ПРООН «Институциональное усиление и построение возможностей для устойчивого развития»1 и Программы Малых Грантов Глобального Экологического Фонда (ПМГ/ГЭФ) ПРООН в Кыргызской Республике в рамках проекта «Повышение потенциала применения биогазовых установок в Кыргызстане».





Главными задачами этого проекта являлось повышение информированности населения, занимающегося животноводством, о возможностях биогазовых технологий, ознакомление их с опытом эксплуатации действующих установок, передачи им навыков строительства простейших установок, предоставление информации об отечественных и зарубежных организациях и конструкторах, производящих биогазовые установки.

Сельское хозяйство Кыргызстана продолжает испытывать большие трудности, связанные с низким плодородием земель, растущими ценами на топливо и удобрения, ухудшающимся состоянием окружающей среды и общей бедностью сельского населения, в настоящий момент усугубляющиеся энергетическим кризисом. Выходом из замкнутого круга этих проблем может стать внедрение в хозяйства биогазовых технологий.

Биогаз, получаемый при переработке сельскохозяйственных отходов: навоза животных, огородной ботвы, сорной растительность и пищевых отходов на биогазовых установках, можно использовать в любых бытовых газовых приборах, а переработанное сырье представляет собой высокоэффективные органические биоудобрения, применение которых способно увеличить продуктивность земель на 10-30%.

В настоящее время накоплен значительный материал по внедрению технологий анаэробной переработки сельскохозяйственных отходов и использования биогаза и удобрений, получаемых из сельскохозяйственных отходов. Аналогичный опыт есть и в Кыргызстане, где первые экспериментальные установки были созданы в 1980-е годы в Национальной Академии Наук.

В последние годы, в результате инициативы фермеров, ряда частных предприятий и неправительственных организаций, а также поддержки международных организаций и программ (Немецкое общество технического сотрудничества, Японское агентство по международному сотрудничеству, Программа Малых Грантов Глобального Экологического Фонда, ЦентральноАзиатская Горная Программа) интерес к биогазовым установкам значительно возрос.

Настоящая публикация, является вторым дополненным изданием руководства, разработанного в 2006 году Экологической программой ПРООН по информированию заинтересованных сторон и распространению опыта, накопленного по этому вопросу в Кыргызстане.

В нем приводятся различные конструкции и список составных частей биогазовых установок, критерии их выбора для нужд хозяйства, а также нормы эксплуатации и обслуживания, необходимого для успешного функционирования установок, которое может быть применено для всех желающих установить это устройство у себя в хозяйстве. Описываются и оцениваются наиболее распространенные конструкции установок, включая установки, уже построенные в Кыргызстане, а так же приводятся рекомендации по выбору наиболее подходящих для условий Республики установок.

Описываются способы использования продуктов анаэробной переработки сырья – биогаза и биоудобрений, экономические и экологических выгоды их использования, стоимость и сроки окупаемости биогазовых установок.

В заключении приводится перечень организаций и консультантов по производству биогазовых установок в Кыргызстане, России, Казахстане, Украине и Белоруссии, а также список действующих биогазовых установок в Кыргызской Республике. Для финансирования строительства биогазовых установок и грантовой помощи приводится перечень грантовых и финансовых организаций в Кыргызстане.

Авторы выражают особую благодарность местным экспертам и специалистам, чьи данные и разработки были использованы при составлении руководства. В руководство также вошли информационные материалы, размещенные в Интернет.

1 С сентября 2007 г. Программа ПРООН «Охрана окружающей среды для устойчивого развития».

ЧаСть 1. ОСнОВы БИОгазОВых технОлОгИй Что такое биогазовая установка?

Биогазовая установка, как правило, представляет собой герметически закрытую емкость, в которой при определенной температуре происходит сбраживание органической массы отходов, сточных вод и т.п. с образованием биогаза.

Принцип работы всех биогазовых установок одинаков: после сбора и подготовки сырья, заключающейся в доведении его до нужной влажности в специальной емкости, оно подается в реактор, где создаются условия для оптимизации процесса переработки сырья.

Сам процесс получения биогаза и биоудобрения из сырья называют ферментацией, или сбраживанием. Сбраживание сырья производится за счет жизнедеятельности особых бактерий. Во время сбраживания появляется корка, которую нужно разрушать, перемешивая сырье. Перемешивание осуществляется вручную или при помощи специальных устройств внутри реактора и способствует высвобождению образовавшегося биогаза из сырья. Рис.1. Схема переработки органических отходов на очистки собирается и хранится до времени использования в газгольдере. От газгольдера к месту использования в бытовых или других приборах биогаз проводят по газовым трубам. Переработанное в реакторе биогазовой установки сырье, превратившееся в биоудобрения, выгружается через выгрузное отверстие и вносится в почву или используется как кормовая добавка для животных.

Оптимизация процесса переработки сырья Условия, необходимые для переработки органических отходов внутри реактора биогазовой установки, кроме соблюдения бескислородного режима, включают:

• соблюдение температурного режима;

• доступность питательных веществ для бактерий;

• выбор правильного времени сбраживания и своевременную загрузку и выгрузку сырья;

• соблюдение кислотно-щелочного баланса;

• соблюдение соотношения содержания углерода и азота;

• правильную пропорцию твердых частиц в сырье и перемешивание;

• отсутствие ингибиторов процесса.

Типы биогазовых установок Существует много различных конструкций биогазовых установок. Их различают по методу загрузки сырья, внешнему виду, по составным частям конструкции и материалам, из которых они сооружаются.

По методу загрузки сырья выделяют установки порционной и непрерывной загрузки, которые отличаются временем сбраживания и регулярностью загрузки сырья. Наиболее эффективными с точки зрения выработки биогаза и получения биоудобрений являются установки непрерывной загрузки.

По внешнему виду установки различаются в зависимости от способа накопления и хранения биогаза. Газ может собираться в верхней твердой части реактора, под гибким куполом или в специальном газгольдере, плавающем или стоящим отдельно от реактора.

ЧАСТЬ 1. ОСНОВЫ БИОГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Выгоды применения биогазовых технологий [22] Хорошо функционирующая биогазовая установка приносит ряд преимуществ ее владельцу, обществу и окружающей среде в целом Экономия денег:

• экономится часть средств, затрачиваемых на топливо и электроэнергию;

• экономится часть средств, затрачиваемых на покупку удобрений и гербицидов.

Возможность получения дополнительных денег:

• вы можете продать биогаз и биоудобрения;

• вы получаете дополнительные деньги при повышении урожайности выращиваемых сельскохозяйственных культур за счет применения биоудобрений;

• вы получаете дополнительные деньги при выращивании животных и птицы за счет кормовых добавок из переработанного сырья.

Быстрая окупаемость установок:

• биогазовая установка c подогревом сырья в реакторе любой мощности окупается примерно за год эксплуатации;

• уменьшается риск респираторных и глазных заболеваний за счет очистки воздуха в результате сокращения объемов органических отходов в местах их складирования;

• улучшается эпидемиологическая обстановка в результате гибели части микроорганизмов, содержащихся в отходах;

• улучшается здоровье за счет получения экологически чистой сельскохозяйственной продукции при использовании экологически чистых удобрений.

Экономия времени, места и женского труда:

• экономится время, затрачиваемое на обслуживание печи по сравнению с обслуживанием печей использующих уголь, дрова и т.п.;

• экономятся время, затрачиваемое ранее на сбор, транспортировку, сушку топлива, и место, занимаемое топливом – кизяком, углем, дровами и т.д.;

• экономится время при использовании биоудобрений, затрачиваемое на прополку сорняков, вносимых с обычным навозом, так как их семена погибают в процессе сбраживания в реакторе биогазовой установки [13].

Экологические выгоды:

• уменьшение выброса в атмосферу метана (парниковый газ), образуемого при хранении навоза под открытым небом;

• уменьшение выброса углекислого газа и продуктов сгорания угля, дров и других видов • уменьшение загрязнения воздуха азотистыми соединениями, имеющими неприятный • уменьшение загрязнения водных ресурсов навозными стоками;

• сохранение леса от вырубки;

• уменьшение использования химических удобрений.

ПОдРОБнее О БИОгазе Биогаз образуется с помощью бактерий в процессе разложения органического материала при анаэробных (без доступа воздуха) условиях и представляет собой смесь метана и других газов в следующих пропорциях:

ЧАСТЬ 1. ОСНОВЫ БИОГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

теплотворная способность одного кубометра биогаза составляет в зависимости от содержания метана 20-25 МДЖ/ м3, что эквивалентно сгоранию 0,6 – 0,8 литра бензина; 1,3 - 1, кг дров или использованию 5 - 7 кВт электроэнергии [13].

Биологический процесс брожения В процессе сбраживания сырья в биогазовых установках бактерии, производящие метан, разлагают органическое вещество и возвращают продукты разложения в виде биогаза и других компонентов в окружающую среду. Знание процесса сбраживания необходимо для выбора конструкции, строительства и эксплуатации биогазовых установок.

Состав сырья и производство биогаза В принципе, все органические вещества подвержены процессам брожения и разложения.

Однако в простых биогазовых установках предпочтительно перерабатывать только однородные и жидкие органические отходы: экскременты и урину скота, свиней и птиц, человеческие фекалии.

В более сложных биогазовых установках можно перерабатывать и другие виды органических отходов – растительные остатки и твердые мусорные отходы. Объем вырабатываемого биогаза зависит от типа используемого сырья и температуры процесса сбраживания.

Использование биогаза Биогаз может быть использован в любых газовых приборах так же, как используется природный газ. Наиболее эффективным является использование биогаза для приготовления пищи, обогрева помещений, выработки электроэнергии и заправки автомобилей.

О БИОудОБРенИях В Кыргызстане, как и во многих других развивающихся странах, существует прямая связь между проблемой удобрений и деградацией земель, а также проблемой вырубки лесов из-за высокого спроса на дрова. В сельской местности часто сжигают высушенный навоз (кизяк) и органические отходы для приготовления пищи и обогрева жилых помещений.

Такое использование органических отходов является причиной значительных потерь растительных питательных веществ, в которых так нуждается сельское хозяйство для поддержки плодородия почв. Применение биогазовых технологий обеспечит максимальное использование доступных сельскому населению ресурсов:

остающийся после выработки биогаза биошлам представляет собой удобрение, повышающее общее качество земель и Фото: Веденев А.Г., ОФ «Флюид»

увеличивающее урожайность.

Особенности биоудобрений Биоудобрение содержит ряд органических веществ, которые вносят вклад в увеличение проницаемости и гигроскопичности почвы, в то же время предотвращая эрозию и улучшая общие почвенные условия. Органические вещества также являются базой для развития микроорганизмов, которые переводят питательные вещества в форму, которая легко может быть усвоена растениями.

Практика показывает, что урожайность растений при применении биоудобрений значительно повышается.

ЧАСТЬ 1. ОСНОВЫ БИОГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

ИСтОРИя РазВИтИя БИОгазОВых технОлОгИй Отдельные случаи использования примитивных биогазовых технологий были зафиксированы в Китае, Индии, Ассирии и Персии начиная с XVII века до нашей эры. Однако систематические научные исследования биогаза начались только в XVIII веке нашей эры, спустя почти 3,5 тысячи лет.

В 1764 году Бенджамин Франклин в своем письме Джозефу Пристли описал эксперимент, в ходе которого он смог поджечь поверхность мелкого заболоченного озера в Нью Джерси, США.

Первое научное обоснование образования воспламеняющихся газов в болотах и озерных отложениях дал Александр Вольта в 1776 г., установив наличие метана в болотном газе. После открытия химической формулы метана Дальтоном в 1804 году, европейскими учеными были сделаны первые шаги в исследованиях практического применения биогаз [23].

Свой вклад в изучение образования биогаза внесли и российские ученые. Влияние температуры на количество выделяемого газа изучил Попов в 1875 году. Он выяснил, даже иловые отложения начинают выделять биогаз при температуре около 6°С. С увеличением температуры до 50°С, количество выделяемого газа значительно увеличивалось, не меняясь по составу - 65% метана, 30% углекислого газа, 1% сероводорода и Рис.3. Простейшая китайская установка.

незначительное количество азота, кислорода, Источник: Ю. Калмыкова, А. Герман, В. Жирков водорода и закиси углерода. В.Л. Омельянский детально исследовал природу анаэробного брожения и участвующие в нем бактерии [19].

Вскоре после этого, в 1881 году, начались опыты европейских ученых по использованию биогаза для обогрева помещений и освещения улиц. Начиная с 1895 года, уличные фонари в одном из районов города Эксетер снабжались газом, который получался в результате брожения сточных вод и собирался в закрытые емкости [23]. Двумя годами позже появилось сообщение о получении биогаза в Бомбее, где газ собирался в коллектор и использовался в качестве моторного топлива в различных двигателях.

В начале XX века были продолжены исследования в области повышения количества биогаза путем увеличения температуры брожения. Немецкие ученые Имхофф и Бланк в 1914-1921 гг.

запатентовали ряд нововведений, которые заключались во введении постоянного подогрева емкостей. В период Первой мировой войны началось распространение биогазовых установок по Европе, связанное с дефицитом топлива. Хозяйства, где имелись такие установки, находились в более благоприятных условиях, хотя установки были еще несовершенные и в них использовались далеко не оптимальные режимы.

Одним из важнейших научных шагов в истории развития биогазовых технологий являются успешные эксперименты Бусвелла по комбинированию различных видов органических отходов с навозом в качестве сырья в 30-х годах XX столетия [23].

Первый крупномасштабный завод по производству биогаза был построен в 1911 году в английском городе Бирмингеме и использовался для обеззараживания осадка сточных вод этого города. Вырабатываемый биогаз использовался для производства электроэнергии. Таким образом, английские ученые являются пионерами практического применения новой технологии.

Уже к 1920 году они разработали несколько типов установок для переработки сточных вод.

Первая биогазовая установка для переработки твердых отходов объемом 10 м3 была разработана Исманом и Дюселье и построена в Алжире в 1938 году [19].

В годы Второй мировой войны, когда энергоносителей катастрофически не хватало, в Германии и Франции был сделан акцент на получение биогаза из отходов сельскохозяйственного производства, главным образом из навоза животных. Во Франции к середине 40-х годов эксплуатировалось около 2 тыс. биогазовых установок для переработки навоза. Вполне естественно, этот опыт распространялся на соседние страны. В Венгрии существовали установки для производства биогаза. Это отмечали солдаты Советской Армии в основном, выходцы из

ЧАСТЬ 1. ОСНОВЫ БИОГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

сельских районов СССР, освобождавшие Венгрию от немецких войск и удивлявшиеся, что в крестьянских хозяйствах навоз скота не лежал в кучах, а загружался в закрытые емкости, откуда получали горючий газ [19].

Европейские установки довоенного периода не выдержали конкуренции в послевоенное время со стороны дешевых энергоносителей (жидкое топливо, природный газ, электроэнергия) и были демонтированы. Новым импульсом для их развития на новой основе стал энергетический кризис 70-х годов, когда началось стихийное внедрение биогазовых установок в странах юговосточной Азии. Высокая плотность населения и интенсивное использование всех пригодных для возделывания сельскохозяйственных культур площадей земли, а также достаточно теплый климат, необходимый для использования биогазовых установок в самом простом варианте – без искусственного подогрева сырья, легли в основу различных национальных и международных программ по внедрению биогазовых технологий.

Сегодня биогазовые технологии стали стандартом очистки сточных вод и переработки сельскохозяйственных и твердых отходов и используются в большинстве стран мира.

Развитые страны В большинстве развитых стран переработка органических отходов в биогазовых установках чаще используется для производства теплоэнергии и электричества. Производимая таким образом энергия составляет около 3-4% всей потребляемой энергии в европейских странах. В Финляндии, Швеции и Австрии, которые поощряют использование энергии биомассы на государственном уровне, доля энергии биомассы достигает 15-20% от всей потребляемой энергии [24].

Использование электроэнергии и тепла, производимого с помощью анаэробной переработки биомассы, в Европе сосредоточено, в основном в Австрии, Финляндии, Германии, Дании и Великобритании. В Германии на настоящий момент насчитывается около 2000 больших установок анаэробного сбраживания. Количество биогазовых установок с объемами реакторов более 2000 м каждая в Австрии составляет в настоящее время более 120, около 25 установок находятся в стадии технологий может быть найдена в сферах муниципальной утилизации сточных вод, очистки ACRE, the Australian CRS for Renewable Energy Ltd, индустриальных сточных вод и утилизации сельскохозяйственных отходов. В Швеции энергия биомассы предоставляет 50% необходимой тепловой энергии. В Англии, на родине первого промышленного биогазового реактора, с помощью биогаза еще в 1990 г. удалось покрыть все энергозатраты в сельском хозяйстве. В Лондоне действует один из крупнейших в мире комплексов по переработке бытовых сточных вод. (рис. 4) В 30-е годы опыт Европы был перенесен в США. Биогазовая установка по переработке животноводческих отходов была построена в 1939 году и успешно работала в течение более чем 30 лет. В 1954 г. был построен первый завод по переработке коммунальных отходов с получением биогаза в Форт-Додже, штат Айова, США. Биогаз подавался на двигатель внутреннего сгорания для выработки электроэнергии при мощности электрогенератора 175 кВт. Сейчас в США насчитывается несколько сотен крупных биогазовых установок, перерабатывающих отходы животноводства и тысячи установок, утилизирующих городские сточные воды [19]. Биогаз используется в основном для получения электричества, отопления домов и теплиц.

Увеличивающиеся выбросы парниковых газов, увеличение потребления воды и ее загрязнение, снижающееся плодородие земель, неэффективная утилизация отходов и растущие проблемы с обезлесиванием являются частями неустойчивой системы использования природных ресурсов по всему миру. Биогазовые технологии являются одним из важных компонентов в цепи мер по борьбе с вышеуказанными проблемами. Прогноз роста вклада биомассы как источника возобновляемой энергии в мире предполагает достижение 23,8% от общего потребления энергии к 2040 году, а к 2010-му страны ЕС планируют увеличить этот вклад до 12%.

ЧАСТЬ 1. ОСНОВЫ БИОГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Развивающиеся страны Доля энергии, получаемой из биомассы в развивающихся странах, составляет около 30-40% от всей потребляемой энергии, а в некоторых странах (в основном в Африке) достигает 90% [24].

Среди развивающихся стран распространено производство энергии и тепла с помощью переработки отходов на небольших биогазовых установках. Около миллионов хозяйств по всему миру (рис. 5) используют энергию для освещения, обогрева и приготовления пищи, производимую в биогазовых установках. Это включает 12 миллионов хозяйств в Китае, 3,7 миллиона хозяйств в Индии и 140 тысяч хозяйств в Непале [25].

История современного широкомасштабного использования биогазовых установок в Китае насчитывает более 50 лет. Первые биогазовые установки были построены в 40-х годах XX века зажиточными семьями. С начала 70-х годов исследовательская работа и биогазовые технологии были серьезно поддержаны правительством Китая.

В сельских районах Китая в настоящее время более 50 миллионов человек пользуются биогазом в качестве топлива. Типичная биогазовая установка имеет объем GTZ (ISAT), Eshborn, Deutschland, 1996г.

реактора около 6-8 м3, производит 300 м3 биогаза в год, работая ежегодно от 3 до 8 месяцев, и стоит около $200–250, в зависимости от провинции. Большинство установок очень просты и после определенного обучения фермеры строят и эксплуатируют установки самостоятельно. С года правительство Китая выделяет ежегодно около 200 миллионов долларов на поддержку строительства биогазовых установок. Дотация на каждую установку равняется примерно 50% средней стоимости. Таким образом, правительство добилось годового роста количества биогазовых установок до 1 миллиона в год [24]. На индустриальной основе в Китае работают несколько тысяч средних и крупных установок и планируется увеличение их количества.

В Индии развитие простых биогазовых установок для сельских усадеб началось в 50-х годах XX века, хотя еще в 1859 году в Бомбее была построена первая биогазовая установка на базе колонии больных проказой для переработки твердых и жидких отходов [19].

Большое увеличение числа биогазовых установок, обеспеченное правительственной поддержкой, наблюдалось в 70-х годах. На сегодняшний день в Индии работает около 3,7 миллиона биогазовых установок. Министерство нетрадиционных источников энергии Индии занималось внедрением биогазовых установок с 1980 года и предоставляло субсидии и финансирование для строительства и эксплуатации биогазовых установок, обучения фермеров, открытия и работы сервисных центров.

В Непале Программа поддержки биогазовых технологий предоставляет техническую экспертизу, финансирование и строительство биогазовых установок для хозяйств с объемом реакторов 4-20 м3, особо популярны установки объемом 6 м3. Кроме предоставления энергии и удобрений, в Непале было замечено уменьшение тяжести женского труда за счет сокращения времени на сбор дров, а также увеличение годовых сбережений от замены 25 литров керосина на хозяйство биогазом и годовых сбережений от замены 3 тонн дров и угля.

Во время реализации программы возникли и развились 60 частных фирм-производителей установок, около 100 организаций микрофинансирования предоставляли средства на строительство установок, были приняты стандарты качества установок и создана постоянная организация по развитию рынка биогазовых технологий [24].

Газификация и производство тепловой энергии на биогазовых установках является растущей отраслью во многих развивающихся странах. На Филиппинах биогазовые установки производят газ для работы моторов, которые мелят рис и работают на ирригацию с 80-х годов. Использование биогаза маленькими коммерческими компаниями в Индии, Индонезии, Шри-Ланке (например, в текстильной индустрии или для просушки специй, кирпичей, резины) окупалось менее чем за сезон.

ЧАСТЬ 1. ОСНОВЫ БИОГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Использование биогазовых технологий для утилизации сточных вод широко используется в Азии (особенно в Индии) и Латинской Америке. Сельскохозяйственные биогазовые установки широко внедряются в развивающихся странах и распространяются для производства энергии, удобрений и решения экологических проблем, связанных с загрязнением вод навозными стоками.

СССР, СНГ и Кыргызстан В СССР научные основы метанового брожения исследовались начиная с 40-х годов XX века.

На протяжении существования СССР в теоретических исследованиях участвовали институты системы Академии наук, а прикладные исследования проводились в Академии коммунального хозяйства им. Памфилова и исследовательских и проектных институтах сельскохозяйственного направления, таких как: Всесоюзный институт электрификации сельского хозяйства (ВИЭСХ), Украинский научно-исследовательский и проектный институт агропромышленного комплекса (УкрНИИгипросельхоз) и других [19].

Применение технологии метанового сбраживания к сельскохозяйственным отходам в СССР было начато Г.Д.Ананиашвили в 1948 г. в Тбилисском филиале ВИЭСХ, впоследствии ГрузНИИМЭСХ (ГИМЭ). Там в 1948-1954 гг. была разработана и построена первая в СССР лабораторная и производственная биоэнергетическая установка. Производственный вариант установки был рассчитан на утилизацию навоза от десяти коров. Переработка проводилась при мезофильном режиме (32-340С). Установка обеспечивала удельный выход 1 м3 газа с 1 м3 реактора. На основе этого опыта в популярной литературе («Юный техник», 1959 г. № 6) появилось одно из первых сообщений, популяризирующее биогазовую технологию, с рекомендациями по ее реализации в условиях частного хозяйства. Однако технология не получила широкого распространения вследствие дешевизны энергоресурсов и отсутствия крупных животноводческих хозяйств.

В середине 70-х годов, с наступлением мирового энергетического кризиса, руководство СССР решило проводить в стране политику энергосбережения. Кроме того, в сельском хозяйстве стали применяться интенсивные технологии, было создано много крупных животноводческих комплексов, которые столкнулись с проблемой утилизации навозных стоков. В этой связи интерес к биогазовым технологиям возрос, и в 1981 г. при Госкомитете по науке и технике СССР была создана специализированная секция по программе развития биогазовой отрасли промышленности. Предложения по развитию микробиологической анаэробной технологии вошли в директивные документы СССР, но не были обеспечены надлежащими денежными и материальными ресурсами, многие из намечавшихся мероприятий по освоению технологии анаэробной переработки биомассы остались невыполненными.

Несмотря на это, нельзя назвать период 70-х — начало 90-х годов безрезультатным. За это время была создана научная основа технологий микробиологической анаэробной переработки биомассы. Было построено несколько опытных установок, одна из которых - в совхозе «Огре»

Латвийской ССР (1982 г., 75 м3). Это были установки опытного характера, на которых отрабатывался процесс переработки биомассы [19].

Крупнейшим центром по разработке конструкций отечественных биогазовых установок (а также прочих машин для переработки отходов аграрного производства) был Запорожский конструкторско-технологический институт сельскохозяйственного машиностроения (КТИСМ).

Собранные учеными данные легли в основу создания нескольких лабораторных и опытных установок, однако до государственных приемочных испытаний была допущена только одна конструкция КТИСМ – КОБОС-1.

Установка КОБОС-1 была успешно испытана на базе опытной молочной фермы-лаборатории и одобрена для серийного выпуска на заводе в г. Шумихе Курганской области (Северный Урал).

Она строилась по программе освоения технологии анаэробной переработки отходов как вариант серийных установок для животноводческих хозяйств средней величины – молочно-товарных ферм на 400 голов молочных коров или некрупных свиноводческих хозяйств на 4 000 свиней.

Завод выпустил 10 комплектов оборудования, однако после распада СССР финансирование прекратилось. Из десяти выпущенных установок

ЧАСТЬ 1. ОСНОВЫ БИОГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

три были распределены на Украине и в Белоруссии, пять – отправлены в Среднюю Азию (две из которых – в Кыргызстан), две – в Россию. Но внедрена была только одна из них – на ферме крупного рогатого скота в Каменецком районе Брестской области Белоруссии. Установка перерабатывает 50 м3 навоза и производит 400-500 м3 биогаза в сутки.

Одна из попавших в Кыргызстан установок была переоборудована ОФ «Флюид» ассоциации «Фермер» и установлена на базе свинокомплекса ОсОО «БЕКПР» на 4 000 голов в селе Лебединовка Чуйской области в 2003 году, (рис. 6) другая используется в качестве водосборника в частном хозяйстве Ошской области.

В настоящее время в странах СНГ возрос интерес к получению энергии и биоудобрений путем переработки сельскохозяйственных отходов. Этому способствую высокая стоимость энергоресурсов и удобрений, а также ухудшающееся состояние окружающей среды. Однако из-за низкой информированности фермеров о практических путях внедрения биогазовых технологий, а также высокой начальной стоимости биогазовых установок, общее число биогазовых установок, в странах СНГ не превышает нескольких сотен.

В ходе работы над справочным руководством специалисты ОФ «Флюид» провели обследование более 50 биогазовых установок, построенных во всех областях Кыргызской Республики. Анализ результатов обследования показал, что для успешной работы установок в большинстве случаев требуются серьезные конструктивные доработки, обеспечение доступа к сервисному обслуживанию, а также обучение фермеров правилам эксплуатации и соблюдению правил техники безопасности.

ЧАСТЬ 1. ОСНОВЫ БИОГАЗОВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

мИКРОБИОлОгИя [8] Получение биогаза и биоудобрений из органических отходов основано на свойстве отходов выделять биогаз при разложении в анаэробных, т.е.

безкислородных условиях. Этот процесс называется метановым сбраживанием и происходит в три этапа в результате разложения органических веществ двумя основными группами микроорганизмов – кислотными и метановыми.

Три этапа производства биогаза Процесс производства биогаза может быть разделен на три стадии: гидролиз, окисление и образование метана. В этом сложном комплексе Рис.7. Три вида метановых бактерий.

превращений участвует множество микроорганизмов, Источник: AT Information: Biogas, GTZ project Information and Advisory Service on Appropriate Technolглавными из которых являются метанообразующие ogy (ISAT), Eshborn, Deutschland, 1996г.

бактерии, три вида которых показаны на рис. 7.

Гидролиз На первом этапе (гидролиз) органическое вещество ферментируется внеклеточными ферментами (клетчатка, амилаза, протеаза и липаза) микроорганизмов. Бактерии разлагают длинные цепочки сложных углеводородов — протеины и липиды – в более короткие цепочки.

Сбраживание Кислотопродуцирующие бактерии, которые принимают участие во втором этапе образования биогаза, расщепляют сложные органические соединения (белки, жиры и углеводы) в более простые соединения. При этом в сбраживаемой среде появляются первичные продукты брожения — летучие жирные кислоты, низшие спирты, водород, окись углерода, уксусная и муравьиная кислоты и др. Эти органические вещества являются источником питания для метанообразующих бактерий, которые превращают органические кислоты в биогаз.

Образование метана Метанопроизводящие бактерии, вовлеченные на третьем этапе, разлагают соединения с низким молекулярным весом. Они утилизируют водород, углекислоту и уксусную кислоту. В естественных условиях метанообразующие бактерии существуют при наличии анаэробных условий, например, под водой, в болотах. Они очень чувствительны к изменениям окружающей среды, поэтому от условий, которые создаются для жизнедеятельности метанообразующих бактерий, зависит интенсивность газовыделения.

Симбиоз бактерий Метано- и кислотообразующие бактерии взаимодействуют в симбиозе. С одной стороны, кислотообразующие бактерии создают атмосферу с идеальными параметрами для метанообразующих бактерий (анаэробные условия, химические структуры с низким молекулярным весом). С другой стороны, метанообразующие микроорганизмы используют промежуточные соединения кислотопроизводящих бактерий. Если бы не происходило этого взаимодействия, в реакторе развились бы неподходящие условия для деятельности обоих типов микроорганизмов.

ПаРаметРы И ОПтИмИзацИя ПРОцеССа СБРажИВанИя Кислотообразующие и метанообразующие бактерии встречаются в природе повсеместно, в частности в экскрементах животных. Например, в пищеварительной системе крупного рогатого скота содержится полный набор микроорганизмов, необходимых для сбраживания навоза, а сам

ЧАСТЬ 2.СОСТАВ СЫРЬЯ И ПАРАМЕТРЫ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ

процесс метанового брожения начинается еще в кишечнике. Поэтому навоз КРС часто применяют в качестве сырья, загружаемого в новый реактор, где для начала процесса сбраживания достаточно обеспечить следующие условия:

• поддержку анаэробных условий в реакторе;

• соблюдение температурного режима;

• доступность питательных веществ для бактерий;

• выбор правильного времени сбраживания и своевременную загрузку и выгрузку сырья;

• соблюдение кислотно-щелочного баланса;

• соблюдение соотношения содержания углерода и азота;

• выбор правильной влажности сырья;

• регулярное перемешивание;

• отсутствие ингибиторов процесса.

На каждый из различных типов бактерий, участвующих в трех стадиях метанообразования, эти параметры влияют по-разному. Существует также тесная взаимозависимость между параметрами (например, выбор времени сбраживания зависит от температурного режима), поэтому сложно определить точное влияние каждого фактора на количество образующегося биогаза.

ПОддеРжКа анаЭРОБных уСлОВИй В РеаКтОРе Жизнедеятельность метанообразующих бактерий возможна только при отсутствии кислорода в реакторе биогазовой установки, поэтому нужно следить за герметичностью реактора и отсутствием доступа в реактор кислорода.

СОБлюденИе темПеРатуРнОгО РежИма Температурные рамки процесса сбраживания Поддержка оптимальной температуры является одним из важнейших факторов процесса сбраживания. В природных условиях образование биогаза происходит при температурах от 0°C до 97°C [19], но с учетом оптимизации процесса переработки органических отходов для получения биогаза и биоудобрений выделяют три температурных режима в реакторах БГУ:

• психофильный температурный режим определяется температурами до 20 - 25°C, • мезофильный температурный режим определяется температурами от 25°C до 40°C и • термофильный температурный режим определяется температурами свыше 40°C.

Минимальная средняя температура сырья Степень бактериологического производства метана увеличивается с увеличением температуры.

Но, так как количество свободного аммиака тоже увеличивается с ростом температуры, процесс сбраживания может замедлиться. В среднем биогазовые установки без подогрева реактора демонстрируют удовлетворительную производительность только при среднегодовой температуре воздуха около 20°C или выше или когда средняя дневная температура достигает по меньшей мере 18°C. При средних температурах сбраживания в 20-28°C производство газа непропорционально увеличивается. Если же температура биомассы менее 15°C, выход газа будет так низок, что биогазовая установка без теплоизоляции и подогрева перестает быть экономически выгодной [8].

Оптимальная температура сырья Сведения относительно оптимального температурного режима различны для разных видов сырья, но на основании эмпирических данных установок ОФ «Флюид», работающих в Кыргызстане на смешанном навозе КРС, свиней и птиц, оптимальной температурой для мезофильного температурного режима является 34 - 37°C, а для термофильного - 54°C. Психофильный температурный режим соблюдается в установках без подогрева, в которых отсутствует контроль за температурой. Наиболее интенсивное выделение биогаза в психофильном режиме происходит при 23°C.

Изменения температуры сырья Процесс биометанации очень чувствителен к изменениям температуры. Степень этой чувствительности в свою очередь зависит от температурных рамок, в которых происходит переработка сырья. При процессе ферментации могут быть допустимы изменения температуры в пределах:

ЧАСТЬ 2. СОСТАВ СЫРЬЯ И ПАРАМЕТРЫ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ

• психофильный температурный режим: ± 2°C в час;

• мезофильный температурный режим: ± 1°C в час;

• термофильный температурный режим: ± 0,5°C в час.

Термофильный или мезофильный режим?

К преимуществам термофильного процесса сбраживания относятся: повышенная скорость разложения сырья и, следовательно, более высокий выход биогаза, а также практически полное уничтожение болезнетворных бактерий, содержащихся в сырье.

Недостатками термофильного разложения являются: большое количество энергии, требуемое на подогрев сырья в реакторе, чувствительность процесса сбраживания к минимальным изменениям температуры и несколько более низкое качество получаемых биоудобрений.

При мезофильном режиме сбраживания сохраняется высокий аминокислотный состав биоудобрений, но обеззараживание сырья не такое полное, как при термофильном режиме.

ПИтательные ВещеСтВа Для роста и жизнедеятельности метановых бактерий необходимо наличие в сырье органических и минеральных питательных веществ. В дополнение к углероду и водороду создание биоудобрений требует достаточного количество азота, серы, фосфора, калия, кальция и магния и некоторого количества микроэлементов - железа, марганца, молибдена, цинка, кобальта, селена, вольфрама, никеля и других. Обычное органическое сырье - навоз животных — содержит достаточное количество вышеупомянутых элементов.

ВРемя СБРажИВанИя Оптимальное время сбраживания зависит от дозы загрузки реактора и температуры процесса сбраживания. Если время сбраживания выбрано слишком коротким, то при выгрузке сброженной биомассы бактерии из реактора вымываются быстрее, чем могут размножаться, и процесс ферментации практически останавливается. Слишком продолжительное выдерживание сырья в реакторе не отвечает задачам получения наибольшего количества биогаза и биоудобрений за определенный промежуток времени.

Время оборота реактора При определении оптимальной продолжительности сбраживания пользуются термином «время оборота реактора». Время оборота реактора – это то время, в течение которого свежее сырье, загруженное в реактор, перерабатывается, и его выгружают из реактора.

Для систем с непрерывной загрузкой среднее время сбраживания определяется отношением объема реактора к ежедневному объему загружаемого сырья. На практике время оборота реактора выбирают в зависимости от температуры сбраживания и состава сырья в следующих интервалах:

• психофильный температурный режим: от 30 до 40 и более суток;

• мезофильный температурный режим: от 10 до 20 суток;

• термофильный температурный режим: от 5 до 10 суток.

Суточная доза загрузки сырья Суточная доза загрузки сырья определяется временем оборота реактора и увеличивается с увеличением температуры в реакторе. Если время оборота реактора составляет 10 суток, то суточная доля загрузки будет составлять 1/10 от общего объема загружаемого сырья. Если время оборота реактора составляет 20 суток, то суточная доля загрузки будет составлять 1/ от общего объема загружаемого сырья. Для установок, работающих в термофильном режиме, доля загрузки может составить до 1/5 от общего объема загрузки реактора.

Время переработки сырья Выбор времени сбраживания зависит также и от типа перерабатываемого сырья. Для следующих видов сырья, перерабатываемого в условиях мезофильного температурного режима, время, за которое выделяется наибольшая часть биогаза, равно примерно:

• жидкий навоз КРС: 10 -15 дней;

• жидкий свиной навоз: 9 -12 дней;

• жидкий куриный помет: 10- 15 дней;

• навоз, смешанный с растительными отходами: 40-80 дней.

ЧАСТЬ 2.СОСТАВ СЫРЬЯ И ПАРАМЕТРЫ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ

КИСлОтнО-щелОЧнОй БаланС Метанопродуцирующие бактерии лучше всего приспособлены для существования в нейтральных или слегка щелочных условиях. В процессе метанового брожения второй этап производства биогаза является фазой активного действия кислотных бактерий. В это время уровень pH снижается, то есть среда становится более кислой.

Однако при нормальном ходе процесса жизнедеятельность разных групп бактерий в реакторе проходит одинаково эффективно и кислоты перерабатываются метановыми бактериями.

Оптимальное значение pH колеблется в зависимости от сырья от 6,5 до 8,5 [18,19].

Измерить уровень кислотно-щелочного баланса можно с помощью лакмусовой бумаги.

Значения кислотно-щелочного баланса будут соответствовать цвету, приобретаемому бумагой при ее погружении в сбраживаемое сырье.

СООтнОшенИе СОдеРжанИя углеРОда И азОта Одним из наиболее важных факторов, влияющих на метановое брожение, является соотношение углерода (C) и азота (N) в перерабатываемом сырье. Если соотношение C/N чрезмерно велико, то недостаток азота будет служить фактором, ограничивающим процесс метанового брожения. Если же это соотношение слишком мало, то образуется такое большое количество аммиака, что он становится токсичным для бактерий.

Микроорганизмы нуждаются как в азоте, так и в углероде для ассимиляции в их клеточную структуру. Различные эксперименты показали: выход биогаза наибольший при уровне соотношения углерода и азота от 10 до 20, где оптимум колеблется в зависимости от типа сырья.

Для достижения высокой продукции биогаза практикуется смешивание сырья оптимального соотношения C/N.

Биоферментируемый материал азот N [%] Соотношение углерода и азота C/N Б. Отходы хозяйства C. Растительные сухие отходы

ЧАСТЬ 2. СОСТАВ СЫРЬЯ И ПАРАМЕТРЫ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ

ВыБОР ВлажнОСтИ СыРья Беспрепятственный обмен веществ в сырье является предпосылкой для высокой активности бактерий. Это возможно только в том случае, когда вязкость сырья допускает свободное движение бактерий и газовых пузырьков между жидкостью и содержащимися в ней твердыми веществами.

В отходах сельскохозяйственного производства имеются разные твердые частицы.

Твердые и сухие вещества в сырье Твердые частицы, например, песок, глина и др. обуславливают образование осадка.

Более легкие материалы поднимаются на поверхность сырья и образуют корку. Это приводит к уменьшению газообразования. Поэтому рекомендуется тщательно измельчать перед загрузкой в реактор растительные остатки — солому, объедки и др. и стремиться к отсутствию твердых веществ в сырье.

Содержание сухих веществ определяется влажностью навоза. При влажности 70% в сырье содержится 30% сухих веществ. Примерные значения влажности навоза и экскрементов (навоз и моча) для различных видов животных приводятся в таблице 4.

Влажность сырья, загружаемого в реактор установки, должна быть не менее 85% в зимнее время и 92% в летнее время года. Для достижения правильной влажности сырья навоз обычно разбавляют горячей водой в количестве, определяемом по формуле:

ОВ = н( (В2 - В1):(100 – В2)), где Н – количество загружаемого навоза, В1 – первоначальная влажность навоза, В2 – необходимая влажность сырья, ОВ – количество воды в литрах. В таблице приводится необходимое количество воды для разбавления 100 кг навоза до 85% и 92% влажности.

необходимая РегуляРнОе ПеРемешИВанИе Для эффективной работы биогазовой установки и поддерживания стабильности процесса сбраживания сырья внутри реактора необходимо периодическое перемешивание. Главными целями перемешивания являются:

• высвобождение произведенного биогаза;

• перемешивание свежего субстрата и популяции бактерий (прививка);

• предотвращение формирования корки и осадка;

• предотвращение участков разной температуры внутри реактора;

• обеспечение равномерного распределения популяции бактерий;

• предотвращение формирования пустот и скоплений, уменьшающих эффективную При выборе подходящего способа и метода перемешивания нужно учитывать, что процесс сбраживания представляет собой симбиоз между различными штаммами бактерий, то есть бактерии одного вида могут питать другой вид. Когда сообщество разбивается, процесс ферментации будет непродуктивным до того, как образуется новое сообщество бактерий. Поэтому

ЧАСТЬ 2.СОСТАВ СЫРЬЯ И ПАРАМЕТРЫ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ

слишком частое или продолжительное и интенсивное перемешивание вредно. Рекомендуется медленно перемешивать сырье через каждые 4 – 6 часов.

ИнгИБИтОРы ПРОцеССа Сбраживаемая органическая масса не должна содержать веществ (антибиотики, растворители и т. п.), отрицательно влияющих на жизнедеятельность микроорганизмов. Не способствуют «работе» микроорганизмов и некоторые неорганические вещества, поэтому нельзя, например, использовать для разбавления навоза воду, оставшуюся после стирки белья синтетическими моющими средствами.

тИПы СыРья Навоз КРС Навоз КРС — наиболее подходящее сырье для переработки в биогазовых установках, так как метанопроизводящие бактерии уже содержатся в желудке КРС. Однородность навоза КРС позволяет рекомендовать его для использования в установках непрерывного сбраживания.

Обычно свежий навоз смешивают с водой и выбирают из него непереваренную солому для предотвращения осадка и корки. Моча КРС значительно увеличивает количество вырабатываемого биогаза, поэтому рекомендуется строить фермы с бетонным полом и прямым гидросливом экскрементов в емкость для смешивания сырья.

Свиной навоз При содержании свиней в загонах и стойлах без вымощенного покрытия можно использовать лишь навоз. Он должен быть разбавлен водой для достижения правильной консистенции для переработки. Это может привести к большим количествам песка и мелких камешков в реакторе, если не оставить разбавленное сырье в емкости для смешивания для того чтобы песок осел. Попадающие в реактор песок и земля скапливаются на дне реактора и должны периодически вычищаться. Так же, как и в случае с навозом КРС, рекомендуется строить фермы с бетонным полом и прямым сливом экскрементов в емкость для смешивания сырья.

Овечий и козий навоз Для овец и коз, содержащихся без вымощенного покрытия, ситуация является схожей с описанной для свиного навоза. Так как козья ферма является практически единственным местом для сбора достаточного количества навоза, да и только при условии соломенной подстилки, сырье для биогазовой установки в основном представляет собой смесь навоза и соломы. Большинство систем, перерабатывающих такое сырье, работает в режиме порционной загрузки, при котором смесь навоза, соломы и воды загружается без предварительной подготовки и остаётся в реакторе на более продолжительный срок, чем чистый навоз.

Куриный помет Для переработки куриного помета рекомендуется клеточное содержание птиц или установка насеста над подходящей для сбора помета площадью ограниченного размера. В случае напольного содержания птиц доля песка, опилок, соломы в помете будет слишком высока. Нужно учитывать возможные проблемы и проводить чистку реактора чаще, чем при работе с другими видами сырья.

ЧАСТЬ 2. СОСТАВ СЫРЬЯ И ПАРАМЕТРЫ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ

Куриный помет хорошо сочетается с навозом КРС и может перерабатываться вместе с ним. При использовании чистого птичьего помета в качестве сырья существует опасность высокой концентрации аммиака.

Если фекалии перерабатываются в биогазовых установках, туалеты должны смывались малым количеством воды.

(см. рис. 9) Нужно убедиться, что в туалет не попадает вода из других источников, а количество смывающей воды должно быть ограничено 0,5 - 1 литром воды для предотвращения чрезмерного разбавления Рис.9. Совмещенная переработка фекалий ВыхОд газа И СОдеРжанИе Выход газа обычно подсчитывается в литрах или кубических метрах на килограмм сухого вещества, содержащегося в навозе. В таблице показаны значения выхода биогаза на килограмм сухого вещества для разных видов сырья после 10-20 дней ферментации при мезофильной температуре.

Для определения выхода биогаза из свежего сырья с помощью таблицы сначала нужно определить влажность свежего сырья. Для этого можно взять килограмм свежего навоза, высушить его и взвесить сухой остаток. Влажность навоза в процентах можно подсчитать по формуле:

(1 – вес высушенного навоза)100%.

A. навоз животных Б. Отходы хозяйства C. Растительные сухие отходы D. другое

ЧАСТЬ 2.СОСТАВ СЫРЬЯ И ПАРАМЕТРЫ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ

Подсчитать, какое количество свежего навоза с определенной влажностью будет соответствовать 1 кг сухого вещества, можно следующим образом: от 100 отнимаем значение влажности навоза в процентах, а затем делим 100 на это значение:

100: (100% - влажность в %).

Пример 1. Если вы определили, что влажность используемого в качестве сырья навоза КРС равна 85%, то 1 килограмм сухого вещества будет соответствовать 100:(100 – 85) = около 6,6 килограмма свежего навоза. Значит, с 6,6 килограмма свежего навоза мы получаем 0,250 – 0,320 м3 биогаза, а с 1 килограмма свежего навоза КРС можно получить в 6,6 раза меньше: 0,037 – 0,048 м3 биогаза.

Пример 2. Вы определили влажность свиного навоза - 80%, значит, 1 килограмм сухого вещества будет равен 5 килограммам свежего свиного навоза. Из таблицы мы знаем, что 1 килограмм сухого вещества (или 5 кг свежего свиного навоза) выделяет 0,340 - 0,580 м3 биогаза. Значит, 1 килограмм свежего свиного навоза Примерные значения Если известен вес суточного свежего навоза, то суточный выход биогаза будет примерно следующим:

• 1 тонна навоза КРС — 40-50 м3 биогаза;

• 1 тонна свиного навоза — 70 - 80 м3 биогаза;

• 1 тонна птичьего помета — 60 -70 м3 биогаза.

Нужно помнить, что примерные значения приводятся для готового сырья влажностью 85% - 92%.

Вес биогаза Объемный вес (1м) биогаза составляет 1,2 кг, поэтому при подсчете количества получаемых удобрений необходимо вычитать его из количества перерабатываемого сырья [8].

Для среднесуточной загрузки 55 кг сырья и дневном выходе биогаза 2,2 - 2,7 м3 на голову КРС масса сырья уменьшится на 4 - 5% в процессе переработки его в биогазовой установке.

ПРОБлема КОРКИ Если наблюдается высокий объем газа, но он недостаточно горючий, это часто означает, что на поверхности сырья в реакторе образовалась пена или корка. Если давление газа совсем низкое, это тоже может означать, что образовалась корка, блокирующая газовую трубу. Необходимо удалять корку с поверхности сырья в реакторе.

Удаление корки Особенностью корки, которая образуется на поверхности сырья в реакторе биогазовой установки, является то, что она не ломкая, но тягучая и может стать очень твердой в течение короткого периода времени. Для ее разрушения нужно поддерживать ее в увлажненном состоянии.

То есть корку можно полить сверху водой или опустить в сырье.

Сортировка сырья Солома, трава, стебли травы и даже просто подсохший навоз всплывают на поверхность сырья, а сухие и минеральные вещества оседают на дне реактора и со временем могут закрыть выгрузочное отверстие или уменьшить рабочую площадь реактора. При правильно подготовленном сырье с не слишком высоким содержанием воды такой проблемы не возникает.

Готовое сырье При использовании свежего навоза КРС не возникает проблемы корки. Проблемы возникают в случае, когда в сырье присутствуют твердые и неразложившиеся органические вещества.

Перед строительством установки необходимо проверить корм животных и навоз на возможность переработки в реакторе. Может оказаться необходимым тщательное измельчение корма, и в таком случае лучше заранее рассчитать дополнительные затраты. Проблема содержания твердых частиц в сырье намного серьезнее для свиного навоза и птичьего помета. Песок, склевываемый курами, и попадание перьев в помет делают его трудным сырьем.

ЧАСТЬ 2. СОСТАВ СЫРЬЯ И ПАРАМЕТРЫ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ

СОСтаВ СыРья Исследования химического состава сырья до переработки в биогазовых установках проводились учеными зарубежных стран и Кыргызстана.

Таблица 7. Состав сырья до переработки в биогазовой установке [17] растительные Растительные Вязкость Вязкость сырья в процессе переработки заметно уменьшается, так как количество твердого вещества (соломы и др.) уменьшается путем сбраживания на 50% в стабильных условиях.

Биоудобрению присущ намного менее интенсивный запах, чем запах используемого сырья (навоз, моча). При наличии достаточного времени сбраживания почти все пахучие субстанции полностью перерабатываются.

Питательные вещества Питательные свойства биоудобрения определяются количеством органических веществ и химических элементов, которые оно содержит. Все питательные для растений вещества, такие как азот, фосфор, калий и магний, а также микроэлементы и витамины, необходимые для роста растений, сохраняются в биоудобрении. Соотношение углерода и азота (около 1:15) имеет благоприятный эффект на качество почв. В таблице 8 приводится примерное содержание питательных веществ в биоудобрении.

Растительные Фосфат и калий Содержание фосфата (форма фосфора, напрямую усваиваемая растениями) не изменяется в процессе ферментации сырья. В этой форме растениями может быть усвоено около 50% общего содержания фосфора. Ферментация не влияет на содержание калия, от 75 до 100% которого может быть усвоено растениями.

В отличие от фосфата и калия, некоторое количество азота изменяется в процессе ферментации. Около 75% азота, содержащегося в свежем навозе, становится частью органических макромолекул, остальные 25% представлены в минеральной форме. После переработки в биогазовой установке около 50 % азота в биоудобрении находятся в органической форме, и 50% - в минеральной. Минеральный азот может быть напрямую усвоен растениями, а органический азот должен сначала минерализоваться с помощью почвенных микроорганизмов.

ЧАСТЬ 2.СОСТАВ СЫРЬЯ И ПАРАМЕТРЫ ЕГО ПЕРЕРАБОТКИ

РаСПРОСтРаненные тИПы БИОгазОВых уСтанОВОК Распространенные в мире типы биогазовых установок классифицируются по методам загрузки сырья, методам сбора биогаза, по используемым для их сооружения материалам, горизонтальному или вертикальному расположению реактора, подземной или наземной конструкции, а также по использованию дополнительных устройств.

Методы загрузки По методу загрузки сырья можно различить два разных типа биогазовых установок:

установки порционной загрузки полностью загружаются сырьем, а затем полностью освобождаются после определенного времени переработки. Для такого типа загрузки подходят установки любой конструкции и любой тип сырья, но такие установки отличаются нестабильным производством биогаза.

установки непрерывной загрузки ежедневно загружаются маленькими порциями сырья.

При загрузке нового сырья, равная порция переработанного шлама выгружается. Сырье, перерабатываемое в таких установках, должно быть жидким и однородным. Производство газа стабильно и количественно превышает объем вырабатываемого на порционных установках биогаза. Практически все строящиеся сейчас в развитых странах установки работают как установки непрерывной загрузки.

Методы сбора биогаза Внешний вид биогазовых установок зависит от выбранного метода сбора биогаза.

представляют собой термостойкий пластиковый или резиновый мешок (баллон), в котором совмещены реактор и газгольдер.

Трубы для загрузки и выгрузки сырья крепятся прямо к пластику реактора. Давление газа достигается за счет растяжимости мешка и за счет дополнительного груза, который ложится на мешок. Преимущества такой Источник: SNV Reference Guide on Climate Change and Rural перемещения, простота конструкции, высокая для психофильного режима температура брожения, простота очистки реактора, загрузки и выгрузки сырья. недостатки такой установки – короткий период эксплуатации (2-5 лет), высокая восприимчивость к внешним воздействиям, малая возможность создания дополнительных рабочих мест [8].

являются установки канального типа, которые обычно закрываются пластиком и предохраняются от прямого попадания солнечных лучей. Такие установки часто используются в развитых странах, особенно при переработке сточных вод. Установки с мягким верхом могут быть рекомендованы к использованию тогда, когда существует малая вероятность повреждения резиновой оболочки реактора и когда температура окружающей среды достаточно высокая. http://wwwphys.murdoch.edu.au/acre/.

ЧАСТЬ 3. БИОГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ

установки с фиксированным куполом состоят из закрытого, куполообразного реактора и выгрузочной емкости, также известной как компенсирующая емкость. Газ собирается в верхней части реактора - куполе. Когда загружается очередная порция сырья, переработанное сырье выталкивается в компенсирующую емкость. С увеличением давления газа повышается уровень переработанного сырья в компенсирующей емкости.

Китайские установки с фиксированным куполом (см. рис. 12) являются архетипом всех подобных установок.

Более 12 миллионов таких установок было построено и работает в Китае [24].

Использование газа в бытовых приборах осложняется переменами в давлении газа. Горелки и другие бытовые приборы практически невозможно настроить для оптимальной работы.

Если необходимо постоянное давление Источник: AT Information: Biogas, GTZ project Information and газа, рекомендуется поставить регулятор давления в реакторе или выбрать другую конструкцию установки [8].

Реакторы установок с фиксированным куполом обычно представляют собой кирпичные или бетонные емкости. Такие установки покрываются землей до вершины, наполненной газом, для сдерживания внутреннего давления (до 0,15 кг./см2). По экономическим причинам минимальный рекомендуемый размер реактора — 5 м3. Известны такие установки с объемами реакторов до 200 м3.

газгольдером является верхняя часть установки с фиксированным куполом (место, где собирается газ), которая должна быть герметична. Кирпичная кладка и бетон негерметичны, поэтому эта часть установки должна покрываться слоем вещества, не пропускающего газ (латекс, синтетические краски). Возможностью уменьшить риск трещин в газгольдере является строительство слабого кольца в кладке реактора. Такое кольцо является эластичным соединением между нижней (водонепроницаемой) и верхней (газонепроницаемой) частью полусферической структуры установки. Оно предотвращает продвижение трещин, появляющихся из-за гидростатического давления в нижних частях реактора, в верхнюю часть газгольдера.

установки с плавающим куполом состоят обычно из подземного реактора и подвижного газгольдера. Газгольдер плавает или прямо в сырье, или в специальном водяном кармане. Газ накапливается в газгольдере, который поднимается или опускается в зависимости от давления газа.

Газгольдер поддерживается специальной рамкой от опрокидывания. Если газгольдер плавает в специальном водном кармане, он предохранен от опрокидывания.

Преимуществами этой конструкции являются легкость ежедневных операций, легкость определения объема газа по высоте, на которую поднялся газгольдер.

Давление газа является постоянным и определяется весом газгольдера.

Строительство установки с плавающим куполом нетрудное, и ошибки в конструкции обычно не ведут к большим проблемам в получении газа.

такой конструкции являются высокая стоимость стального реактора и высокая Рис.13. Установка с плавающим куполом чувствительность железа к коррозии. в с.Садовом Литинского района, Поэтому, установки с плавающим куполом Винницкой области, Украина.

имеют меньший срок службы, чем Источник: СФГ «ТЕРРА»http://www.is.svitonline.com/teppa/ установки с фиксированным верхом [8].

ЧАСТЬ 3. БИОГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ

В прошлом установки с плавающим куполом строились в основном в Индии. Такие установки состоят из цилиндрического или куполообразного кирпичного или бетонного реактора и плавающего газгольдера.

газгольдер плавает в специальном водяном кармане или прямо в сырье и имеет внутреннюю или внешнюю раму, которая обеспечивает стабильность и сохраняет газгольдер в вертикальном положении. При выработке биогаза газгольдер всплывает выше, при использовании газа он опускается.

Такие установки используются в основном для переработки навоза, органических отходов и фекалий в режиме постоянной, т.е. ежесуточной загрузки. Чаще всего они строятся на фермах среднего размера (реактор: 5-15 м3) или в Рис.14. Индийский стандарт на сооружение больших агроиндустриальных комплексах (реактор: 20-100 м3). Источник: AT Information: Biogas, GTZ project Information установки Выбор расположения реактора установки зависит от метода загрузки и наличия свободной территории в хозяйстве. горизонтальные установки выбирают для непрерывного метода загрузки сырья и при наличии достаточного места. Вертикальные установки больше подходят для порционной загрузки сырья и используются при необходимости для уменьшения места, занимаемого реактором.

Подземные и наземные установки При выборе расположения установки нужно учитывать топографию и пользоваться ею для оптимизации работы установки.

Например, очень удобно располагать установку на склоне, чтобы загрузочное отверстие находилось достаточно низко, сырье в реакторе перемещалось за счет легкого наклона к выгрузочному отверстию, которое находилось бы на небольшой высоте для удобства загрузки в транспортные средства.

Еще один фактор, который нужно учитывать при выборе установки, это улучшенная теплоизоляция подземных установок, включающая слабое влияние суточных изменений температуры на процесс сбраживания сырья, так как температура почвы на глубине более одного метра практически не изменяется [8].

Металлические, бетонные и кирпичные реакторы [8,19] Установки можно различать по материалам, из которых изготовляется реактор. Бетонные реакторы обычно сооружаются под землей. Бетонный реактор имеет цилиндрическую форму, и небольшие установки (до 6 м3) могут изготовляться на конвейерной основе. Необходимы специальные меры для герметизации реактора. Преимущества: низкие затраты на сооружение и материалы, возможность массового производства. недостатки: большой объем потребления хорошего качественного бетона, необходимость квалифицированных строителей и большого количества проволочной сетки, относительная новизна конструкции, необходимость специальных мер для обеспечения герметичности газгольдера.

ЧАСТЬ 3. БИОГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ

Кирпичные реакторы сооружаются для подземных установок с фиксированным или плавающим газгольдером и имеют округлую форму. Преимущества: низкие начальные капиталовложения и долгий срок эксплуатации, нет движущихся или ржавеющих частей, конструкция компактна, экономит место и хорошо изолирована, строительство создает местную занятость. Подземное расположение позволяет снизить площадь, занимаемую установкой, и предохраняет реактор от резких изменений температуры. недостатки:

кирпичный газгольдер требует специальных покрытий для обеспечения герметичности и Рис.16. Сооружение кирпичного высокого мастерства, часто случаются утечки реактора на Кубе.

газа, работа установки плохо контролируется изИсточник: В. Некрасов «Микробиологическая анаэробза подземного расположения, установка требует ная конверсия биомассы», неопубл., 2002г.

тщательного расчета уровней постройки, подогрев сырья в реакторе очень сложен и дорог в осуществлении. Таким образом, кирпичные установки могут быть рекомендованы к применению только в теплых странах при наличии квалифицированного персонала.

металлические реакторы подходят для любых типов установок, герметичны, выдерживают большое давление и просты в изготовлении. Часто можно использовать уже имеющиеся емкости.

Но металл относительно дорогой и требует ухода для предотвращения ржавчины.

Дополнительные устройства В качестве примера использования дополнительных устройств можно рассмотреть типичную для развитых стран конструкцию биогазовой установки.

емкость для смешивания сырья может быть разных размеров и форм, в зависимости от сырья. Емкость содержит устройство для смешивания и измельчения сырья и насос для загрузки сырья в реактор. Иногда устанавливаются устройства для предварительного подогрева сырья для предотвращения замедления процесса сбраживания сырья в реакторе.

Реактор обычно теплоизолирован и сделан из бетона или стали. Для оптимизации прохождения сырья большие реакторы имеют удлиненную форму. Сырье перемешивается медленно двигающимися роторами или биогазом. Есть установки, состоящие из двух и более реакторов.

газгольдер делается или из гибкого материала и находится над емкостью реактора, или изготовливается из стали и располагается рядом с реактором.

Рис.17. Типичная для развитых стран биогазовая установка с мягким газгольдером.

Источник: AT Information: Biogas, GTZ project Information and Advisory Service on Appropriate Technology (ISAT), Eshborn, Deutschland, 1996г.

ЧАСТЬ 3. БИОГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ

хранилище используется для хранения биоудобрения в зимнее время и может быть открытым или закрытым и соединенным с газгольдером для сбора остаточного биогаза. Биоудобрения перемешиваются перед подачей на поля.

Биогаз используется во всех бытовых газовых приборах для производства тепловой энергии и в качестве моторного топлива.

БИОгазОВые уСтанОВКИ КыРгызСтана В Кыргызстане на начало 2006 года имеется более 50 установок, из которых работают, к сожалению, только половина. Все установки, построенные в Кыргызстане, можно разделить по методу перемешивания и загрузки сырья, наличию системы обогрева и изоляции на 4 типа:

собой бывшие в употреблении емкости для хранения нефтепродуктов или воды, железнодорожные цистерны.

Установки без подогрева и изоляции с ручным перемешиванием сырья распространены в Нарынской, Таласской и Иссык-Кульской областях. Емкостью для смешивания сырья обычно служит бочка, в которой сырье разводится водой. Реактор неутеплен и сделан из стальных емкостей. Из-за отсутствия изоляции и подогрева реактора установки работают в психофильном режиме в течение теплого времени года.

Сырье загружается в реактор порционным методом с периодичностью от двух и более раз в год вручную. Загрузка и выгрузка сырья сопряжена с трудностями из-за непродуманной конструкции установки. Сырье перемешивается вручную один раз в день с помощью установленной в реакторе мешалки. газ обычно используется напрямую для приготовления пищи.

Пример 3. Примером такой установки может служить биогазовая установка Дуйшенова Фархата в с. Кызыл-Чарба Таласской области Кыргызстана (рис. 18).

Установка была построена на грантовые средства ГЭФ ПРООН в 2003 году с целью получения биогаза для отопления и приготовления пищи и получения жидких органических удобрений из навоза КРС хозяйства, овечьего и птичьего навоза соседних хозяйств. Установка состоит из одного надземного реактора без подогрева объемом 5 м3 с ручной загрузкой, выгрузкой и перемешиванием сырья.

Рис.18. Внешний вид и схема биогазовой установки в с. Кызыл-Чарба.

1 - реактор; 2 - загрузочное отверстие; 3 - перемешивающее устройство; 4 - выгрузочное отверстие

ЧАСТЬ 3. БИОГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ

После монтажа весной 2003 года установка была загружена 3 тоннами сырья и работала в психофильном режиме в течение летних месяцев. Выделяющегося в летнее время биогаза хватало только на приготовление пищи. Выгрузка и загрузка сырья с 2003 года не производилась.

Конструктивные недостатки включают недоработку системы ручного перемешивания, крайнее неудобство загрузки и выгрузки сырья. Отсутствие изоляции и обогрева реактора делают установку непригодной для круглогодичной эффективной работы и невыгодной экономически.

Отсутствие предохранительного устройства на реакторе может привести к разрыву реактора из-за избыточного давления. Отсутствует руководство по эксплуатации установки, обучение обслуживающего персонала не проводилось.

Установки с подогревом и изоляцией и ручныой загрузкой и пневматическим перемешиванием сырья встречаются в Иссык-Кульской области Кыргызстана. Емкостью для смешивания сырья служит бочка, в которой сырье вручную разводится водой. Реактор изолирован и подогревается до мезофильных или термофильных температур с помощью электрической системы отопления, которая подогревает воду, циркулирующую по трубам в реакторе. Сырье загружается в реактор раз в неделю и перемешивается вручную один раз в день. газ обычно используется напрямую для приготовления пищи или собирается в отдельно стоящем газгольдере.

хранилище используется для хранения удобрений до внесения на поля.

Пример 4: Примером такой установки может служить установка Мамунова Камыла в г.

Каракол Исык-Кульской области Кыргызстана. Установка состоит из одного подземного реактора с подогревом объемом 5 м3 с ручной загрузкой, выгрузкой и пневматическим перемешиванием сырья. Установка построена в 2004 году на собственные средства с целью получения биогаза для отопления, бытовых приборов, жидких органических удобрений и перерабатывает навоз 12 голов КРС Рис.19. Внешний вид и схема биогазовой установки в г. Каракол.

1 – водогрейный котел; 2 – реактор; 3 – загрузочное отверстие; 4 – предохранительный клапан;

5 – газовая мешалка; 6 – труба выгрузки сырья; 7 – промежуточный газгольдер; 8 – ресивер; – водяной затвор; 10 – бункер-накопитель; 11 – газгольдер; 12 – компрессор.

После монтажа весной 2004 года установка работает на подворье в термофильном режиме.

Установка загружалась еженедельно, производимый биогаз использовался для приготовления пищи. Выгруженное удобрение использовалось для удобрения истощенного участка земли под картофель, получены хорошие результаты по урожайности. Рекомендуются доработка конструкции загрузки и выгрузки сырья и изменение конструкции системы подогрева для использования вырабатываемого установкой биогаза. Такие установки приспособлены для круглогодичной работы в условиях Кыргызстана.

Установки с подогревом, изоляцией реактора и пневматической загрузкой перемешиванием сырья распространены в Чуйской области Кыргызстана. емкость для смешивания сырья может быть разных размеров и форм, в зависимости от сырья. Сырье разводится теплой водой для предотвращения замедления процесса переработки сырья в

ЧАСТЬ 3. БИОГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ

реакторе. Реактор утеплен и сделан из стальной емкости. Сырье перемешивается пневматическим способом и подогревается до мезофильной или термофильной температуры. Есть установки, состоящие из двух и более реакторов. Газ собирается в отдельно стоящем газгольдере, который также представляет собой стальную емкость. Газ используется для обогрева помещений, приготовления пищи, выработки электричества и заправки автомашин. хранилище используется для хранения биоудобрения.

Рис.20. Внешний вид и схема биогазовой установки в с. Петровка.

1 – водогрейный котел; 2 – труба подачи сырья; 3 – пневмоперемешивание; 4 – реакторы;

5 – подогревающее устройство; 6 – предохранительный клапан; 7 – газоотвод;

8 – водяной затвор; 9 – фильтр; 10 – компрессор; 11 – ресивер; 12 – насос вакуумный;

13 – приемник навоза; 14 - емкость для подогрева воды; 15 – бункер подачи; 16 – труба для выгрузки сырья; 17 – газгольдеры; 18 - компрессор высокого давления;

Пример 5. Примером такой установки может служить установка ассоциации «Фермер»

в с. Петровка Чуйской области Кыргызстана. Установка состоит из одного горизонтального (60 м3) и 3 вертикальных (25 м3, 25 м3, 40 м3) реакторов с пневматической загрузкой и перемешиванием, автоматическим отбором вырабатываемого биогаза. Установка работает с 2002 года и перерабатывает навоз 35 голов КРС, 160 свиней, 350 кур, а также привозной навоз и фекалии – Кроме реакторов, биогазовый модуль состоит из абсорбера для отделения углекислоты, газгольдеров общим объемом 30 м3, газоэлектрического генератора мощностью 30 кВт, а также установки для заправки автомашин и баллонов биогазом.

ЧАСТЬ 3. БИОГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ

Горизонтальный реактор объемом 60 м3 работает в термофильном режиме, остальные реакторы – в мезофильном режиме. Для поддержки оптимальной температуры модуль смонтирован в помещении. Для подогрева загружаемого сырья используется горячая вода, подогреваемая вырабатываемым газом. В газовых котлах для системы подогрева применены горелки инфракрасного излучения. Модуль обеспечен механизмами для транспортировки навоза и полученного удобрения. На загрузке и выгрузке сырья работает трактор МТЗ-80 и разбрасыватель жидких удобрений (РЖТ-5).

Установки с подогревом, изоляцией реактора и гидравлическим перемешиванием сырья. Две такие установки находятся в Чуйской области Кыргызстана, одна – в Ошской области. емкость для смешивания сырья может быть разных размеров и форм. Реактор утеплен и сделан из стальных емкостей. Сырье перемешивается гидравлическим способом и подогревается до мезофильной температуры. хранилище используется для хранения биоудобрения.

Пример 6. Примером такой установки может служить установка на птицефабрике «2Т» в г. Канте Чуйской области КР. Установка состоит из трех надземных реакторов с подогревом, объем каждого – 25 м3 с гидравлической загрузкой, выгрузкой и перемешиванием сырья с помощью центробежных насосов.

Рис.21. Внешний вид и схема биогазовой установки в г. Канте.

1 – реакторы; 2 – теплогенератор; 3 – емкость для подготовки сырья;

Ёмкости биореактора покрыты теплоизоляционным слоем. Подогрев перерабатываемой биомассы в первой ёмкости реактора осуществляется автоматически водяным теплогенератором, а во второй и в третьей камерах — за счёт открытия створок для их обогрева энергией солнечных лучей. В холодное время створки закрываются и тепло внутри ёмкостей удерживается теплозащитным слоем.

Установка построена в 2002 году на собственные средства владельцев птицефабрики и может перерабатывать до 5 тонн сырья в сутки. После монтажа установка работала в течение трех месяцев в мезофильном режиме, после чего была приостановлена. Установка загружалась еженедельно, выгруженное удобрение сливалось в хранилище и реализовывалось населению.

Биогаз не использовался.

Работа установки приостановлена в связи с неотработанной технологией внесения жидких удобрений. Конструкция установки не предусматривает использование вырабатываемого биогаза, несовершенство указателя уровня сырья в реакторах приводит к неточностям при загрузке сырья.

В целом установка работоспособна, но требует конструктивной доработки.

ЧАСТЬ 3. БИОГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ

СтРОИтельСтВО БИОгазОВОй уСтанОВКИ До начала строительства биогазовой установки нужно учитывать условия, необходимые для ее эффективной работы. Поломка или плохая работа биогазовой установки, как правило, является результатом ошибок при планировании. Последствия таких ошибок могут быть заметны сразу или после нескольких лет работы установки. Тщательное и всестороннее планирование очень важно для исключения ошибок до того, как они станут причиной непоправимых поломок.

Планирование сооружения сельскохозяйственных биогазовых установок должно начинаться с определения потенциала производства биогаза и биоудобрения на основании имеющегося количества сырья, а также необходимого хозяйству количества энергии.

Если биогазовая установка предназначается в первую очередь как источник энергии, строительство рекомендовано только в том случае, когда расчеты потенциального производства биогаза достаточны для удовлетворения потребности хозяйства в энергии.

ВыБОР РазмеРа РеаКтОРа Размер реактора измеряется в кубических метрах и зависит от количества, качества и типа сырья, а также от выбранной температуры и времени сбраживания. Есть несколько способов определения необходимого объема реактора.

Соотношение суточной дозы загрузки сырья и размера реактора Суточная доза загрузки сырья определяется, исходя из времени сбраживания (время оборота реактора) и выбранного температурного режима. Для мезофильного режима сбраживания время оборота реактора составляет от 10 до 20 суток, а суточная доза загрузки – от 1/20 до 1/10 от общего объема сырья в реакторе.

Размер реактора для переработки определенного количества сырья Сначала, исходя из количества животных, опытным путем определяется суточное количество навоза (ДН) для переработки в биогазовой установке. Затем сырье разбавляется водой для достижения 85% - 92% влажности.

В большинстве сельских установок соотношение навоза и воды, смешиваемых для получения сырья, колеблется от 1:3 до 2:1. Таким образом, количество загружаемого сырья (Д) – это сумма отходов хозяйства (ДН) и воды (ДВ), которой они разбавляются.

Для переработки сырья при мезофильном режиме рекомендуется использовать дозу суточной загрузки Д, равную 10% от объема общего загруженного в установку сырья (ОС). Общий объем сырья в установке не должен превышать 2/3 объема реактора.

Таким образом, объем реактора (ОР) рассчитывается по следующей формуле:

Пример 7. Приусадебное хозяйство содержит 10 голов КРС, 20 свиней и 35 кур. Объем суточных экскрементов от 1 КРС = 55 кг, от одной свиньи = 4,5 кг, от 1 курицы = 0, кг. Объем суточных отходов хозяйства ДН будет равен 1055 + 204,5 + 350, = 550 + 90 + 5,95 = 645,95 килограмма, примерно 646 кг. Влажность экскрементов КРС и свиней составляет 85%, а куриного помета – 75%. Для достижения 85% влажности необходимо добавить к птичьему помету 3,9 литра воды (около 4 кг).

Значит, суточная доза загрузки сырья составит около 650 кг. Полная загрузка реактора ОС = 100,65 = 6,5 тонны, и объем реактора ОР = 1,56,5 = 9,75, или примерно 10 м3.

Расчет выхода биогаза Расчет суточного выхода биогаза подсчитывается в зависимости от типа сырья и суточной порции загрузки.

ЧАСТЬ 3. БИОГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ

Пример 8. Приусадебное хозяйство содержит 10 голов КРС, 20 свиней и 35 кур. Объем суточного количества экскрементов от КРС = 55 кг, от свиньи = 4,5 кг, от курицы = 0,17 кг. Объем суточных отходов хозяйства будет равен 550 килограмм экскрементов КРС (влажность 85%), 90 килограммам свиных экскрементов (влажность 85%) и 5,95 килограммам куриного помета (влажность 75%). После разбавления помета водой для достижения 85% влажности количество сырья от Согласно таблице, выход биогаза с одного килограмма:

• навоза КРС при влажности 85% примерно равен 0,04 –0,05 м3 биогаза;

• свиного навоза при влажности 85% примерно равен 0,05 – 0,09 м3 биогаза;

• куриного помета при влажности 85% примерно равен 0,05 – 0,09 м3 биогаза.

Следовательно, • выход биогаза с 550 килограммов навоза КРС будет равен 22 – 27,5 м3 биогаза;

• выход биогаза с 90 килограммов свиного навоза будет равен 4,5 – 8,1 м3 биогаза;

• выход биогаза с 10 килограммов куриного навоза будет равен 0,5 – 0,9 м3 биогаза;

и общий выход биогаза будет 27 – 36,5 м3 биогаза в сутки.

Баланс между потребностью в энергии и выходом биогаза Необходимость в энергии для каждого индивидуального хозяйства определяется исходя из суммы всех настоящих и будущих потребительских ситуаций, таких как приготовление пищи, освещение, производство энергии. Необходимо также учитывать потребление биогаза на подогрев сырья в реакторе, которое в условиях Кыргызстана составляет от 10% до 25% в зависимости от времени года.Количество биогаза, необходимое хозяйству, можно определить по количеству энергии, потребляемой ранее. Например, сжигание 1 кг дров аналогично сжиганию 650 литров или 0,65 м3 биогаза, сжигание 1 килограмма кизяка – 0,7 м3 биогаза, а 1 кг угля – 1,1 м3 биогаза.

Необходимый объем биогаза для приготовления пищи может быть определен на основании времени, ежедневно затрачиваемого на приготовление пищи. Необходимое количество биогаза для приготовления одной порции пищи для одного человека составляет 0,15 – 0,3 м3 биогаза. Для кипячения 1 литра воды необходимо 0,03 – 0,05 м3 биогаза. Для отопления 1 м2 жилой площади необходимо около 0,2 м3 биогаза в сутки. Бытовые горелки потребляют 0,20 – 0,45 м3 в час.

Пример 9. Семья из четырех человек живет в доме площадью 100 м3, содержит 20 коров на площади 100 м3 и перерабатывает навоз в биогазовой установке с объемом Трехразовое приготовление пищи для семьи из четырех человек потребует от 1,8 до 3, м3 биогаза, а отопление помещения площадью 100 м2 потребует около 20 м3 биогаза в сутки.

На обогрев реактора (например в сентябре) необходимо 15% вырабатываемого биогаза.

Для подогрева реактора установки объемом 15 м3 нужно будет тратить около 6 м3 биогаза ежедневно.

На содержание одной коровы необходимо около 3 литров кипяченой воды в день, следовательно, для содержания 20 коров – необходимо вскипятить 60 литров воды, на что уйдет 1,8 – 3 м3 биогаза в день. На отопление необходимых для животных помещений общей площадью 100 м2 необходимо 20 м3 в сутки. Таким образом, на содержание животных необходимо 21,8 – м3 биогаза в сутки. На все хозяйство необходимо 49,6 – 52,6 м3 биогаза в сутки.

ЧАСТЬ 3. БИОГАЗОВЫЕ УСТАНОВКИ

Выбор месторасположения установки Золотое правило расположения биогазовой установки гласит, что установка принадлежит ферме, а не кухне. Лучше, если емкость для смешивания сырья напрямую соединяется с полом фермы. Даже если придется проложить несколько метров газовых труб, это дешевле, чем транспортировка сырья.

Уровень пола фермы должен располагаться выше уровня емкости для подготовки сырья, тогда навоз и урина животных будут попадать в эту емкость под действием сил гравитации самостоятельно. Если узел выгрузки биогазовой установки будет расположен выше уровня близлежащих полей, это будет способствовать более легкому распределению биоудобрений по этим полям.

Выбор конструкции биогазовой установки В настоящее время разработано множество конструкций биогазовых установок, подходящих для работы в различных климатических условиях. Выбор конструкции биогазовой установки – важнейший этап процесса планирования. До выбора конструкции нужно иметь представление о базовых проблемах, возможных для биогазовой установки.

В местностях со сравнительно холодным климатом, таких как Кыргызстан, изоляция и подогрев реактора важны для круглогодичной работы установки. Количество и тип перерабатываемого сырья влияют на размер и тип установки и конструкции систем загрузки и выгрузки сырья. Выбор конструкции установки также зависит от наличия строительных материалов.

Критерии для выбора конструкции:

место определяет в основном подземный или надземный реактор будет строиться и в случае надземной конструкции, вертикальный или горизонтальный.



Pages:   || 2 | 3 |
 
Похожие работы:

«В этом выпуске: Дайджест ранее опубликованных, но не устаревших заметок на различные темы образования за рубежом Из ранее опубликованного, но не устаревшего Первая в мире степень по регулированию финансовых рынков Британский университет Ридинг (University of Reading) и крупнейшая в мире американская компания NASD, специализирующаяся на обеспечении безопасности брокерских операций, более известная как разработчик индекса Nasdaq, объявили о создании мастерской программы в области фондовых рынков,...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОУ ВПО Томский государственный университет Утверждаю: Ректор ТГУ профессор Г. В. Майер _ 2011 г. Номер внутривузовской регистрации Основная образовательная программа высшего профессионального образования Направление подготовки 020100 Химия Профили подготовки: 020100.62.01 Неорганическая химия и химия координационных соединений. 020100.62.02. Аналитическая химия. 020100.62.03. Органическая и биоорганическая химия. 020100.62.04. Физическая...»

«Программа рекомендована к утверждению: Советом факультета международных отношений БГУ (протокол № 9 от 30.04.2013 г.) кафедрой международных отношений факультета международных отношений БГУ (протокол № 9 от 26.04.2013 г.) 2 ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Вступительный экзамен в магистратуру призван выявить уровень подготовки соискателей, поступающих на специальность 1-23 80 06 История международных отношений и внешней политики, по следующим специальным дисциплинам: 1. История международных отношений. 2....»

«ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА Рабочая программа по основам безопасности жизнедеятельности составлена на основе программы образовательных учреждений под редакцией А.Т. Смирнов, примерной программы основного общего образования 2004г. Рабочая программа для 5-9 классов рассчитана на 170 учебных часов. Рабочая программа конкретизирует содержание предметных тем образовательного стандарта, дает примерное распределение учебных часов по разделам курса и последовательность изучения тем и разделов учебного...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН АЛМАТИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРОГРАММА вступительного экзамена по специальности 6М070100 Биотехнология научно-педагогическое/профильное направление 2 года/ 1 год Алматы, 2013 г. 1.Пояснительная записка 1.1 Цель вступительного экзамена - определить уровень теоретических знаний, навыков и умения излагать мысли ясно и аргументировано, а также выявить аналитические способности у экзаменуемых по специальности Биотехнология, необходимые...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное агентство по образованию РФ Владивостокский государственный университет экономики и сервиса _ ИНЖЕНЕРНАЯ ПСИХОЛОГИЯ Учебная программа курса по специальности 19070265 Организация и безопасность движения Владивосток Издательство ВГУЭС 2008 1 ББК 87.4 Учебная программа по дисциплине Инженерная психология составлена в соответствии с требованиями ГОС РФ ВПО. Предназначена студентам специальности 19070265 Организация и безопасность...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.П. Астафьева Кафедра теории и методики медико-биологических основ и безопасности жизнедеятельности Учебно-методический комплекс дисциплины МЕДИЦИНА КАТАСТРОФ Направление подготовки: Безопасность жизнедеятельности Специальность: 050104.65 Безопасность жизнедеятельности с...»

«VIII САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ МЕЖРЕГИОНАЛЬНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ РЕГИОНОВ РОССИИ (ИБРР–2013) Санкт-Петербург, 23-25 октября 2013 г. ПРОГРАММА Санкт-Петербург 2013 http://spoisu.ru VIII САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКАЯ МЕЖРЕГИОНАЛЬНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ РЕГИОНОВ РОССИИ (ИБРР–2013) Санкт-Петербург, 23-25 октября 2013 г. ПРОГРАММА Санкт-Петербург 2013 http://spoisu.ru УДК (002:681):338. И Информационная безопасность регионов России (ИБРР-2013). И 74 VIII Санкт-Петербургская...»

«Утверждаю Директор МОБУ Сеневская ООШ № 21 _ /И.В.Бобырева/ _ 2012 г. ПРОГРАММА РАЗВИТИЯ МУНИЦИПАЛЬНОГО БЮДЖЕТНОГО ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ СЕНЕВСКАЯ ОСНОВНАЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 21 на 2012-2016 гг. Принята Педагогическим советом (протокол № от _ 2013 года) Сенево 2013 Разделы программы: 1. Паспорт Программы развития 2. Анализ результативности образовательного процесса за прошедший период 3. Цели и задачи Программы развития 4. Основные темы 1 Обновление содержания образования...»

«Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Жердевская средняя общеобразовательная школа №1. Рассмотрена и рекомендована Утверждена приказом к утверждению методическим МБОУ Жердевской СОШ №1 советом школы №_от 2012г. Протокол № Рабочая программа учебного курса Основы безопасности жизнедеятельности для 5 класса на 2013– 2014 учебный год Пояснительная записка Программа по ОБЖ составлена на основе федерального компонента государственного стандарта основного общего образования (2004 г.)...»

«Белорусский государственный университет УТВЕРЖДАЮ Проректор по учебной работе А.Л. Толстик 2013 г. Регистрационный № УД-/р. Биотехнология растений и биобезопасность Учебная программа учреждения высшего образования по учебной дисциплине для специальностей: 1-31 01 01 Биология специализаций 1-31 01 01-01 07 и 1-31 01 01-02 07 Генетика Факультет биологический (название факультета) Кафедра генетики (название кафедры) Курс (курсы) 4_ Семестр (семестры) 7_ Лекции _26_ Экзамен (количество часов)...»

«Всероссийская научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов Экология и безопасность в техносфере: современные проблемы и пути решения ПРОГРАММА 27-28 ноября 2013 года г. Юрга Уважаемые коллеги! Приглашаем вас принять участие в работе Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов ЭКОЛОГИЯ И БЕЗОПАСНОСТЬ В ТЕХНОСФЕРЕ: СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ПУТИ РЕШЕНИЯ Конференция состоится 27-28 ноября 2013 года в Юргинском технологическом...»

«Министерство образования и науки РФ ФГБОУ ВПО Дагестанский государственный технический университет Кафедра ОиБД УТВЕРЖДАЮ ОУ ВПО ДГТУ, Т.А. Исмаилов 2014г. вступительного экзамена в аспирантуру по направлению 23.06.01 - Техника и технологии наземного транспорта Одобрена на заседании кафедры ОиБД (протокол №7 от 18 февраля 2014г.) Зам. заведующего кафедрой ОиБД, к.т.н. /м_ ч, At s Батманов Э.З. Махачкала - Введение В основу настоящей программы-минимум положены следующие дисциплины:...»

«Руководство по эксплуатации Nokia Lumia 610 Выпуск 1.0 2 Содержание Содержание Использование телефона в режиме в самолете 32 Увеличение продолжительности Техника безопасности 4 работы аккумулятора 33 Начало работы 6 Вызовы 34 Клавиши и компоненты 6 Вызов контакта 34 Клавиша возврата, начальная Вызов последнего набранного клавиша и клавиша поиска 7 номера 34 Вставка SIM-карты 8 Вызов голосовой почты 34 Зарядка телефона 10 Пересылка вызовов на номер голосовой почты или другой номер Расположение...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОИНЖЕНЕРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМ. В.П. ГОРЯЧКИНА Факультет: ФЗО Кафедра: Экология и безопасность в ЧС УТВЕРЖДАЮ: Декан факультета ФЗО Профессор П.А. Силайчев _ _ 2008г. Рабочая программа учебной дисциплины Экология Программу составила: Квачантирадзе Э.П. Общее количество часов (по примерной программе) - 80. Количество часов...»

«Записи выполняются и используются в СО 1.004 СО 6.018 Предоставляется в СО 1.023. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова Факультет Пищевые технологии и товароведения СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮ Декан факультета ПТиТ Проректор по учебной работе / Морозов А.А./ _ /Ларионов С.В./ _ _ 2013 г. _ 2013 г. РАБОЧАЯ (МОДУЛЬНАЯ) ПРОГРАММА Дисциплина Безопасность жизнедеятельности...»

«Нормы МАГАТЭ по безопасности для защиты людей и охраны окружающей среды Программа по водно-химическому режиму для атомных электростанций с водоохлаждаемыми реакторами Специальное руководство по безопасности № SSG-13 ^ НОРМЫ МАГАТЭ ПО БЕЗОПАСНОСТИ И ДРУГИЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ДАННОЙ ТЕМЕ НОРМЫ МАГАТЭ ПО БЕЗОПАСНОСТИ В соответствии со статьей III своего Устава МАГАТЭ уполномочено устанавливать или принимать нормы безопасности для защиты здоровья и сведения к минимуму опасностей для жизни и имущества и...»

«ХЛЕБОПЕЧКА CLATRONIC МОДЕЛЬ ВВА 2864, 2866 Инструкция пользователя 1 Инструкции по эксплуатации Поздравляем Вас с приобретением хлебопечи модель ВВА 2864/2866. Некоторые программы установки обеспечивают два разных уровня для выпекания большого или маленького количества хлеба. Хлебопечка предлагает 12 предварительно установленных программ с 50 различными вариантами настроек. Есть полностью новая программа, с которой Вы можете испечь свежий батон или подрумянить до золотистой корочки уже...»

«Информационно-поисковая система СтройКонсультант - Стандарт Дата Номер У твержд ен Наименование утвержд ения С танд арт ) вные ты по в области ьства 8) вные ты по над зору Типовая программа целевой инспекции физической защиты яд ерных РД 07-12-2007 29.12.2007 Ростехнад зор материалов, яд ерных установок и пунктов хранения яд ерных материалов Положение о поряд ке расслед ования и учета нарушений в работе суд ов с НП 088-11 29.11.2011 Ростехнад зор яд ерными установками и рад иационными...»

«МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ Академия Государственной противопожарной службы Пожарная техника РАБОЧАЯ ПРОГРАММА для бакалавров по направлению 280700 Пожарная безопасность профиль Пожарная безопасность Учебный план набора года, С изменениями года Рекомендовано к рассмотрению на ученом Совете УМЦ Академии ГПС МЧС России _ 20 _ года Одобрено Ученым Советом Академии ГПС МЧС России Протокол №_ от _...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.